RU2279906C1 - Способ получения протонпроводящих полимерных мембран - Google Patents
Способ получения протонпроводящих полимерных мембран Download PDFInfo
- Publication number
- RU2279906C1 RU2279906C1 RU2005105475/04A RU2005105475A RU2279906C1 RU 2279906 C1 RU2279906 C1 RU 2279906C1 RU 2005105475/04 A RU2005105475/04 A RU 2005105475/04A RU 2005105475 A RU2005105475 A RU 2005105475A RU 2279906 C1 RU2279906 C1 RU 2279906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- doping
- solutions
- dmf
- vinyl
- triazole
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к водородной энергетике и топливным элементам, в частности к способам получения протонпроводящих полимерных мембран, используемых в твердополимерных топливных элементах. Способ включает модификацию пленок из алифатических и ароматических полибензимидазолов и полиамидобензимидазолов, а также сополимеров на основе гидрофильного гетероциклического соединения-1-винил-1,2,4-триазола с гидрофобными фторалкилметакрилатами фосфорномолибденовыми и кремнемолибденовыми гетерополикиелотами 12-го ряда и допирование этих пленок ортофосфорной кислотой. Протонная проводимость полимерных мембран при комнатной температуре достигает 10-3-10-2 См/см и возрастает до 10-1 См/см при повышении температуры до 130°С. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к водородной энергетике и топливным элементам, в частности к способам получения протонпроводящих полимерных мембран, используемых в твердополимерных топливных элементах.
Известны способы получения перфторированных электролитных мембран типа «Nafion», «Flemion», «Neosepta-F» на основе сополимеров тетрафторэтилена с перфторированными виниловыми эфирами (Walkins S. In Fuell Cell Systems (Eds L.G.Blumen, M.N.Mugerwa). Plenum, New York, 1993. P.493, Grot W.G. Macromol. Symp., 1994, 82161; U.S. Patent 3718627.1973; U.S. Patent 4433082.1984).
Другим наиболее близким к описываемому способу по технической сущности является способ получения протонпроводящих полимерных электролитных мембран на основе полибензимидазолов с ортофосфорной кислотой (М.Kawahara, J.Morita, M.Rikukawa, К.Sanui, N.Ogata, Electrochem. Soc., 1995, v.142, L21; M.Kawahara, M.Rikukawa, K.Sanui, N.Ogata, Solid State Jon, 2000, v.136, p.1193; J.-T.Wang, S.Wasmus, R.F.Savinell, J. Electrochem., 1996, v.143, p. 1233; R.F. Savinell, E.Yeager, D.Tryk, U.Landau, J.S.Wainright, D.Weng, K.Lux, M.Litt, S.Roges, J.Electrochem., 1994, v.141, p.46; U.S.Patent 6649703. 2003).
Известно также, что высокой протонной проводимостью обладают гетерополикислоты 12-го ряда (Денисова Т.А., Леонидова О.Н., Максимова Л.Т., Журавлев Н.А. Журнал неорганической химии, 2001, т. 46, №10, с.1710-1715).
Недостатками упомянутых выше мембран является их низкая ионная проводимость при пониженной влажности и температурах выше 100°С, а также их склонность к деструкции при повышенных температурах.
Цель предлагаемого изобретения заключается в способе получения новых протонпроводящих мембран.
Поставленная цель достигается разработкой полимерных мембран с использованием алифатических и ароматических полибензимидазолов и полиамидобензимидазолов, а также сополимеров на основе гидрофильного гетероциклического соединения-1-винил-1,2,4-триазола с гидрофобными фторалкилметакрилатами путем их модифицирования фосфорномолибденовьми и кремнемолибденовыми гетерополикислотами 12-го ряда с последующим допированием пленок на их основе ортофосфорной кислотой.
Модификацию исходных полимеров и сополимеров проводили гидратами гетерополикислот 12-го ряда: H8[Si(Mo2O7)6]·nH2O (ГПК1), H7[P(Mo2O7)6]·nH2O (ГПК2) в среде ДМФА. Из полученных совместных растворов формовали полимерные пленки, которые допировали путем погружения в водные растворы ортофосфорной кислоты.
Предлагаемый способ получения протонпроводящих мембран обладает следующими преимуществами:
- простотой технологии получения композиционных пленок;
- разработанные мембраны характеризуются высокой механической прочностью, химической стойкостью, термической стабильностью;
- полученные мембраны обладают высокой ионной проводимостью при низкой влажности и температурах выше 120°С.
Способ получения протонпроводящих полимерных мембран иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. 0,9 г ароматического полибензимидазола (ПБИ):
полученного поликонденсацией в расплаве 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксида и дифенилизофталата, растворяли в 3 мл ДМФА, а 0,1 г кремнемолибденовой гетерополикислоты двенадцатого ряда (ГПК1) - в 1,22 мл ДМФА. Растворы полимера и ГПК1 смешивали до получения гомогенного раствора, после фильтрации раствора формовали пленку толщиной 100-120 мкм. Дополнительное допирование выполняли погружением пленки в раствор Н3PO4 с концентрацией от 7 до 13 моль/л. Степень допирования возрастает с увеличением концентрации Н3PO4 (фиг.1), одновременно повышается удельная проводимость, которую измеряли четырехзондовым методом Ван-дер-Пау при частоте 500 Гц (фиг.2). По сравнению с исходным полибензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (ПБИ - ГПК1) после допирования в растворах Н3PO4 возрастает в 1,4-3,9 раза.
Пример 2. 0,99 г ароматического полибензимидазола (ПБИ), полученного аналогично примеру 1, растворяли в 3 мл ДМФА, а 0,01 г фосфорномолибденовой гетерополикислоты двенадцатого ряда (ГПК2) - в 1,22 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным полибензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (ПБИ-ГПК2) после допирования в растворе Н3PO4 с концентрацией 9 моль/л возрастает в 5 раз и составляет 0,76·10-3 См/см.
Пример 3. 1,2 г ароматического полиамидобензимидазола:
полученного поликонденсацией в расплаве 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксида и дифенилизофталата и ε-капролактама, растворяли в 3 мл ДМФА, а 0,06 г кремнемолибденовой гетерополикислоты (ГПК1) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, ее допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходньм ароматическим полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК1) после допирования в растворе Н3РО4 с концентрацией 7 моль/л возрастает в 2 раза и составляет 0,11·10-3 См/см.
Пример 4. 0,95 г алифатического полиамидобензимидазола:
полученного поликонденсацией в расплаве 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксида, дифениладипината и ε-капролактама, растворяли в 4 мл ДМФА, а 0,05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты (ГПК1) - в 1,5 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК1) после допирования в растворах Н3PO4 возрастает в 2,5 раза и достигает 1,5·10-2 См/см.
Пример 5. 0,95 г алифатического полиамидобензимидазола, полученного аналогично примеру 4, растворяли в 4 мл ДМФА, а 0,05 г фосформолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) в 1,5 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК2) после допирования в растворах Н3PO4 возрастает в 1,4-2,9 раза и достигает 1·10-2 См/см.
Пример 6. 0,95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,3-тригидротетрафторпропилметакрилатом:
полученного радикальной сополимеризацией сомономеров в среде ДМФА при 60°С, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0,05 г фосфорномолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значение удельной проводимости композиционной пленки (сополимер - ГПК2) после допирования в растворах Н3PO4, составляет 2.5·10-2 См/см и возрастает до 0.8·10-1 См/см при повышении температуры до 130°С (фиг.3).
Пример 7. 0,95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,3-тригидротетрафторпропилметакрилатом, полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0,05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты (ГПК1) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 3.4·10-2 См/см.
Пример 8. 0.95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,5-тригидрооктафторамилметакрилатом:
полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0,05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 0.61·10-3 См/см.
Пример 9. 0.95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,5-тригидрооктафторамилметакрилатом, полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0,05 г фосфорномолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 1.1·10-2 См/см.
ДМФА. Формование пленки, ее допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным ароматическим полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК1) после допирования в растворе Н3PO4 с концентрацией 7 моль/л возрастает в 2 раза и составляет 0.11·10-3 См/см.
Пример 4. 0.95 г алифатического полиамидобензимидазола:
полученного поликонденсацией в расплаве 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксида, дифениладипината и ε-капролактама, растворяли в 4 мл ДМФА, а 0.05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты (ГПК1) - в 1.5 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК1) после допирования в растворах Н3PO4 возрастает в 2.5 раза и достигает 1.5·10-2 См/см.
Пример 5. 0.95 г алифатического полиамидобензимидазола, полученного аналогично примеру 4, растворяли в 4 мл ДМФА, а 0.05 г фосформолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) в 1.5 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. По сравнению с исходным полиамидобензимидазолом удельная проводимость композиционной пленки (полиамидобензимидазол - ГПК2) после допирования в растворах Н3PO4 возрастает в 1.4-2.9 раза и достигает 1·10-2 См/см.
Пример 6. 0.95 г сополимера 1 -винил-1,2,4-триазола с 1,1,3-тригидро-тетрафторпропилметакрилатом:
полученного радикальной сополимеризацией сомономеров в среде ДМФА при 60°С, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0.05 г фосфорномолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значение удельной проводимости композиционной пленки (сополимер - ГПК2) после допирования в растворах Н3PO4, составляет 2.5·10-2 См/см и возрастает до 0.8·10-1 См/см при повышении температуры до 130°С (фиг.3).
Пример 7. 0.95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,3-тригидро-тетрафторпропилметакрилатом, полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0.05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты (ГПК1) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1.
Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 3.4·10-2 См/см.
Пример 8. 0.95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,5-тригидро-октафторамилметакрилатом:
полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0.05 г кремнемолибденовой гетерополикислоты - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 0.61·10-3 См/см.
Пример 9. 0.95 г сополимера 1-винил-1,2,4-триазола с 1,1,5-тригидро-октафторамилметакрилатом, полученного аналогично примеру 6, растворяли в 5 мл ДМФА, а 0.05 г фосфорномолибденовой гетерополикислоты (ГПК2) - в 1 мл ДМФА. Формование пленки, допирование растворами Н3PO4 и определение удельной проводимости проводили аналогично примеру 1. Значения удельной проводимости композиционной пленки после допирования в растворах Н3PO4 составляет 1.1·10-2 См/см.
Claims (7)
1. Способ получения протонпроводящих полимерных мембран допированием пленок минеральными кислотами, отличающийся тем, что в качестве минеральных кислот используют растворы гстерополикислот 12-го ряда, а допирование осуществляют на стадии получения пленок из совместных растворов полимеров с гетерополикислотами в растворителе с последующим погружением в водные растворы ортофосфорной кислоты.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерные мембраны получают из сополимеров на основе 1-винил-1,2,4-триазола и 1,1,3-тригидротетрафторпропилметакрилата.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерные мембраны получают из сополимеров на основе 1-винил-1,2,4-триазола и 1,1,5-тригидрооктафторамилметакрилата.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерные мембраны получают из алифатического и ароматического полибензимидазолов.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерные мембраны получают из алифатического и ароматического полиамидобензимидазолов.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гетерополикислот используют фосфорномолибденовую и кремнемолибденовую гетерополикислоты.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют N,N-диметилформамид.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105475/04A RU2279906C1 (ru) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Способ получения протонпроводящих полимерных мембран |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105475/04A RU2279906C1 (ru) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Способ получения протонпроводящих полимерных мембран |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2279906C1 true RU2279906C1 (ru) | 2006-07-20 |
Family
ID=37028661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005105475/04A RU2279906C1 (ru) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Способ получения протонпроводящих полимерных мембран |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2279906C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473380C1 (ru) * | 2011-06-30 | 2013-01-27 | Нина Ивановна Никонорова | Способ получения протонпроводящих мембран |
RU2478109C2 (ru) * | 2008-03-12 | 2013-03-27 | Индастри-Юниверсити Кооперейшн Фаундейшн, Ханиянг Юниверсити | Способ получения полибензоксазолов путем термической перегруппировки, полибензоксазолы, полученные этим способом, и газоразделительные мембраны, включающие эти полибензоксазолы |
RU2527236C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Композиционная ионообменная мембрана |
RU2529187C1 (ru) * | 2013-05-14 | 2014-09-27 | Владимир Георгиевич Гоффман | Полимерный протонпроводящий композиционный материал |
RU2575849C2 (ru) * | 2010-09-14 | 2016-02-20 | Каунсел Оф Сайнтифик Энд Индастриал Рисерч | Кватернизованный полибензимидазол |
RU2698475C1 (ru) * | 2016-03-02 | 2019-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Эй Ти Энерджи", ООО "Эй Ти Энерджи" | Композиционный материал для низкотемпературных топливных элементов и способ его получения |
-
2005
- 2005-02-28 RU RU2005105475/04A patent/RU2279906C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478109C2 (ru) * | 2008-03-12 | 2013-03-27 | Индастри-Юниверсити Кооперейшн Фаундейшн, Ханиянг Юниверсити | Способ получения полибензоксазолов путем термической перегруппировки, полибензоксазолы, полученные этим способом, и газоразделительные мембраны, включающие эти полибензоксазолы |
RU2575849C2 (ru) * | 2010-09-14 | 2016-02-20 | Каунсел Оф Сайнтифик Энд Индастриал Рисерч | Кватернизованный полибензимидазол |
RU2473380C1 (ru) * | 2011-06-30 | 2013-01-27 | Нина Ивановна Никонорова | Способ получения протонпроводящих мембран |
RU2527236C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Композиционная ионообменная мембрана |
RU2529187C1 (ru) * | 2013-05-14 | 2014-09-27 | Владимир Георгиевич Гоффман | Полимерный протонпроводящий композиционный материал |
RU2698475C1 (ru) * | 2016-03-02 | 2019-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Эй Ти Энерджи", ООО "Эй Ти Энерджи" | Композиционный материал для низкотемпературных топливных элементов и способ его получения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Guo et al. | New anhydrous proton exchange membranes for high-temperature fuel cells based on PVDF–PVP blended polymers | |
Xiao et al. | High-temperature polybenzimidazole fuel cell membranes via a sol− gel process | |
CN100556934C (zh) | 含有带膦酸基的聚吡咯的质子传导聚合物膜及其在燃料电池中的用途 | |
EP1552574B1 (de) | Protonenleitende polymermembran umfassend sulfonsäuregruppen enthaltende polyazole und deren anwendung in brennstoffzellen | |
JP4032738B2 (ja) | 固体高分子電解質材料、液状組成物、固体高分子型燃料電池、含フッ素ポリマー及び含フッ素ポリマーからなる固体高分子電解質膜 | |
EP1144485B1 (en) | Method for production of polyelectrolyte membranes and fuel cell | |
GB2550018A (en) | Anion exchange polymers and anion exchange membranes incorporating same | |
JP4920889B2 (ja) | 膜電極接合体、高分子膜、固体高分子形燃料電池、膜電極接合体の製造方法および固体高分子形燃料電池の製造方法 | |
KR102061633B1 (ko) | 폴리페닐렌옥사이드 기반의 복합막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지용 음이온 교환막 | |
DE10246461A1 (de) | Protonenleitende Polymermembran enthaltend Polyazolblends und deren Anwendung in Brennstoffzellen | |
US20080318109A1 (en) | Method for the production of a sulfonated poly (1, 3, 4-oxadiazole) polymer | |
RU2279906C1 (ru) | Способ получения протонпроводящих полимерных мембран | |
EP3229302B1 (en) | Polymer electrolyte membrane | |
EP1873789A1 (en) | Crosslinked polymer electrolyte and method for producing same | |
US20110003234A1 (en) | Polymer Composition, Polymer Membrane Comprising the Polymer Composition, Process for Preparing it and Fuel Cell Comprising the Membrane | |
KR101826539B1 (ko) | 폴리아릴렌계 중합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 연료전지용 고분자 전해질 막 | |
US20070148520A1 (en) | Novel metal (III) -chromium-phosphate complex and use thereof | |
US8859150B2 (en) | Proton-conducting membrane and use thereof | |
RU2284214C1 (ru) | Протонпроводящие композиционные полимерные мембраны и способ их получения | |
EP2196999A1 (en) | Polyelectrolyte composition and fuel cell | |
KR101342597B1 (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막, 그 제조방법 및 이를 채용한연료전지 | |
US7597981B2 (en) | Composite electrolyte membrane with nanoscopic dendrimers and method of preparing same | |
KR100817554B1 (ko) | 산성 또는 염기성 중합체를 이용하여 제조된 산/염기블랜드 고분자 전해질막의 제조방법, 그로부터 제조된산/염기 블랜드 고분자 전해질막 및 그를 채용한 직접메탄올 연료전지 | |
KR101987529B1 (ko) | 고분자 전해질 막 및 이를 포함하는 연료 전지 | |
RU2738721C1 (ru) | Способ получения гибридной электролитической мембраны на основе сшитого поливинилового спирта |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090301 |